上海交大硕士学位论文 第一章 绪论

第一章绪论

1.1 研究的背景及意义

粮食是一个国家赖以生存与发展所必不可少的物质基础之一，粮食安全是古今中外任何国家政府都必须予以高度重视的一件大事。早在2500多年前，中国古代伟大的思想家孔子就曾指出，一个国家或政府若能“足食、足兵”，则“民信之矣”。中国还有一句流传久远的俗语：“民以食为天”，可见在很早以前，人们就已经充分意识到了粮食与粮食安全的极端重要性。

粮食的储藏与储备是确保粮食安全的一个非常重要举措。中国在粮食储藏储备方面有着源远流长的历史，也曾积累了非常丰富的经验。据考古发现，远在仰韶文化时期就出现了粮仓的雏形，春秋战国时期就形成了正规的粮仓。隋唐时代的洛阳含嘉仓，设施完善，造型优美，是中国历史上著名的大型粮仓[1]。由国家出面进行的粮食储藏与储备行为，即为国家战略粮食储备。依靠国家战略粮食储备，熟练应用买入与抛出的价格平衡杠杆，在丰年可以帮助农民销售盈余的粮食，防止谷贱伤农；在歉年可以平抑物价，防止物价飞涨，乃至直接赈济灾民，维护社会安定。在中国历史上，也有某些时期由于种种原因，国家粮食储备崩溃，成为引发社会大动荡的导火索。

粮食储藏对于一个国家来说如此重要，如何有效地进行粮食储藏便成为一直以来人们不懈的追求。随着时代的发展，认识的进步，进入新世纪以来，可持续发展战略逐渐成为世界各国的共识。可持续发展战略共识的形成，对于粮食储藏提出了新的更高要求，即在过去所追求的高质量、高效益基础上，还要加上低能耗以及低污染。在此背景下，世界各国开始积极探索减少储粮损失、保持储粮品质、降低储粮成本、减少或避免环境污染的绿色储粮新技术。其中，低温储粮是最被看好的绿色储粮技术之一。

所谓绿色储粮，是指采用有效的生态手段，避免化学药剂污染，延缓粮食陈化过程，确保粮食安全、卫生的综合性防治方法，它是以储粮生态学理论为指导的储粮技术。低温储粮，则是指利用自然低温条件或机械制冷设备，降低仓储粮食温度，并利用仓房围护结构的隔热保温性能，确保粮食在储藏期间的粮堆温度维持在低温(15℃)或准低温(20℃)以下的一种粮食储藏技术。

粮食在常规储粮状态下，不可避免地要受到仓储虫害、粮食内部微生物以及粮食自身呼吸的影响，发生陈化与劣变。为控制仓储虫害的发展，必须定期采用有毒的

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化学药剂对粮食进行熏蒸杀虫。由此可见，常规储粮方式既不安全，也不卫生。

根据储粮生态学，大多数仓储害虫最适宜的生长环境是25-35℃，极限低温是17℃。粮食呼吸的最适温度是25-35℃，从粮食呼吸的最适温度到最低温度，呼吸强度迅速下降。粮食内各种霉菌生存的最适温度为20-40℃，通过控制温度在15℃以下，辅以粮食水分的控制，可以抑制大多数霉菌的生长与发展。由此可见，采用低温储粮，将粮食温度控制在合适的范围内，可以在很大程度上抑制粮食自身呼吸，限制粮食内部微生物的生命活动，杀灭或控制仓储害虫的发展，从而起到延缓粮食陈化和劣变的作用，安全卫生地保持储粮品质。

如上所述，粮食的低温储藏具有常规储粮方式所无法比拟的优点，但是当前我国低温储粮技术的应用发展不容乐观。目前实现低温储粮的途径主要有3种：自然低温储藏、冬季自然冷源机械通风以及谷物冷却机机械制冷。前两者需要依赖自然冷源，受地理环境以及气候条件的制约极大，后者降温速度快但反弹速度也快，造成复冷时间间隔短，能耗以及成本高，限制了其在国内的大规模推广应用。因此，这3种低温储粮技术均无法满足“高质量、高效益、低能耗、低污染”的绿色储粮技术要求。在此背景下，中国粮油学会在《我国粮油中长期科学和技术发展规划的意见和建议》一文中指出应重点开展经济有效的低温储粮综合技术的研究[2]。在此背景下，低温储粮新冷源的开发与相关应用技术的研究无疑具有重要意义。

太阳能是清洁环保、来源广阔的可再生能源。太阳能的开发利用是我国今后新能源利用政策中的一个重要组成部分。采用太阳能制冷，有一个突出的优点，即太阳能制冷的制冷量与制冷需求在时间与地域的分布上高度吻合。我国当前所面临的能源局势紧张，在国内太阳能资源一般带及以上的广大地区，采用太阳能制冷作为低温储粮的新冷源，无疑是具有非常积极意义的尝试与探索。

1.2 低温储粮技术研究及应用现状

低温储粮是指使粮堆平均温度长期保持在15℃(低温)或20℃(准低温)以下，从而降低粮食的呼吸强度，抑制仓储害虫和微生物生长，延缓粮食品质陈化和劣变，达到安全储粮和保鲜的一种储粮方式。经过长期的实践与研究证明，15℃是理想的粮食低温储藏温度。将粮食温度控制在20℃以下，也能够收到一定的储藏效果，同时可以降低低温储粮的费用，这种储粮方式被称为准低温储粮。

低温储粮主要涉及到3个方面的内容：低温储粮冷量的获取、冷量的传输以及冷量的保持。冷量的保持需要通过仓房的隔热保温实现，冷量的传输涉及到粮仓的通风方式，冷量的获取是其中最核心的一环。低温储粮冷量的获取，不外乎有两种来

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源：一种是自然冷源，另一种是人工冷源。自然冷源主要是指利用大自然寒冷季节的干冷空气，人工冷源则是指利用机械制冷的方式获得冷量。

根据具体实现方式的不同，低温储粮也可以分为以下3种：自然低温储藏、冬季自然冷源机械通风以及机械制冷低温储粮。其中前二者又同属于是自然冷源低温储粮。下面就从仓房隔热保温技术，自然冷源低温储粮技术以及机械制冷低温储粮技术3个方面介绍低温储粮技术的研究及应用发展现状。

1.2.1 仓房隔热保温技术

仓房的隔热保温是实现低温储粮的先决条件，其性能的优劣直接影响到低温储粮的效果及运行费用。为了获得更好的仓房隔热保温效果，国内外粮食储藏单位进行了众多的实践尝试，主要有：

(1) 在墙体两侧增设隔热板或采用夹心墙体。研究结果表明，采用水泥砖墙增设两层聚苯乙烯隔热层的库房结构可基本满足准低温储粮的隔热要求[3]。

(2) 对仓房屋顶及外墙采用反辐射涂料进行处理，减少仓房对太阳能辐射的吸收。采用该种措施，在高温季节可使仓温降低3℃左右[4-6]。

(3) 采用带阁楼的仓房结构形式，使仓房的屋顶与仓体分开，利用阁楼的空间充当隔热层及进行阁楼自然通风，或者在仓内采用吊顶式隔热结构。国内一些直属库的实验结果表明：该类仓房的隔热性能均有一定的改善[7,8]。

(4) 以上几种加强隔热措施的综合，即通过改造或新建形成所谓的“六双”低温粮仓[9]。“六双”包括：双顶、双墙、双门、双窗、双槽、双膜。通过“六双”的改造，再辅之以相应的通风冷却、熏蒸杀虫方式，有望达到全年低温仓或准低温仓的效果。

1.2.2 自然冷源低温储粮技术

自然冷源低温储粮技术，包括粮食的自然低温储藏以及自然冷源机械通风低温储粮两种方式。

1.2.2.1粮食的自然低温储藏

粮食的自然低温储藏作为最简单原始的低温储粮方式，在漫长的应用发展历史中，形成了地上自然低温储藏，地下自然低温储藏以及水下自然低温储藏等3种主要形式。其中应用最广泛的还是地上自然低温储藏，具体的实现方式又可分为：仓外自然冷却、仓内自然冷却以及转仓自然冷却等。

仓外自然冷却，是指在干冷天气将粮食转移至仓外，铺开进行露天通风冷却。

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